[發明專利]一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法及系統

在審

• 申請號: 202211558466.4
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN115841504A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 單明廣;柳守一;劉磊;于蕾;鐘志;劉彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T5/00;G06F17/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、利用相機對被測結構的振動過程以滿足奈奎斯特采樣率的幀率進行視頻采集，獲取富含振動信息的時序變化圖像序列，同時作為實部序列；

步驟2、利用二維一階導數算子逐幀與每一圖像序列做二維卷積，獲取解析信號的虛部序列；

步驟3、利用復數結合算子將實部序列與虛部序列一一對應結合，獲取富含相位信息的解析序列；

步驟4、利用四象限反正切運算操作所述解析序列，獲取富含相對位移變化場信息的相鄰幀相位變化；

步驟5、利用幅值濾波去噪方法處理得到去噪后的相位變化序列；

步驟6、計算被測結構在實際空間平面運動的實際位移與實物在實際測量距離下的相機平面中運動尺寸的轉換比例因子，將幅值濾波后的相位變化序列乘以轉換比例因子，得到時序上的結構振動的實際幅值，通過快速傅里葉變換得到被測結構振動頻率。

2.根據權利要求1所述的一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于：步驟二所述獲取解析信號的虛部序列包括：

(1)將采集到的圖像轉換為灰度特征圖像，動態選取相鄰時序兩幀灰度圖像特征I(x,y,t)以及I(x,y,t+Δt)，其中t代表當前時刻，Δt表示時間步長，(x,y)是空域坐標，x方向上的位移為δ_x，則：

(2)選擇對應x方向的二維一階導數算子，在空域中利用選擇的二維一階導數算子與所述灰度特征圖像進行卷積，得到空域中圖像的一階導數同時也作為虛部I_Dx(x,y,t)以及I_Dx(x,y,t+Δt)：

3.根據權利要求1或2所述的一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于：所述二維一階導數算子為Sobel算子、Roberts算子或者Scharr算子。

4.根據權利要求1所述的一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于：步驟3所述獲取富含相位信息的解析序列包括：

所述富含相位信息的解析信號I_DA(x,y,t)以及I_DA(x,y,t+Δt)滿足：

5.根據權利要求1所述的一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于：步驟4所述利用四象限反正切運算操作所述解析序列，獲取富含相對位移變化場信息的相鄰幀相位變化包括：

從而獲取富含相對位移變化場信息的相鄰幀相位變化

6.根據權利要求1所述的一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量方法，其特征在于：所述去噪后的相位變化序列為：

其中abs[·]表示求取幅值。

7.一種基于導數相位光流法的結構振動視頻測量系統，其特征在于：包括采集模塊、轉換模塊、結合模塊、反正切模塊、結果計算模塊；

所述采集模塊利用相機對被測結構的振動過程以滿足奈奎斯特采樣率的幀率進行視頻采集，獲取富含振動信息的時序變化圖像序列，并作為實部序列；

所述轉換模塊利用二維一階導數算子與采集到的時序變化圖像序列逐幀做二維卷積運算，獲取解析信號的虛部序列；

所述結合模塊利用復數結合算子將實部序列與虛部序列整合，生成富含相鄰幀相位變化的解析序列；

所述反正切模塊利用四象限反正切運算操作解析序列，獲取富含相對位移變化場信息的相鄰幀相位變化；

所述結果計算模塊計算被測結構在實際空間平面運動的實際位移與實物在實際測量距離

下的相機平面中運動尺寸的轉換比例因子，將幅值濾波后的相位變化序列乘以轉換比例因子，

得到時序上的結構振動的實際幅值，通過快速傅里葉變換得到被測結構振動頻率。